CN1561454A - 利用机会发射机确定目标位置的方法 - Google Patents

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A·A·巴克
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Abstract

一种用于确定目标位置的方法包括如下步骤：提供一个发射机或多个发射机以向目标发送信号，提供一个接收机或多个接收机以接收所述目标反射的信号；在所述或各接收机上确定所述反射信号的到达信息时间；利用与所述或各接收机和/或所述或各发射机的位置相关的信息以及所获得的信息来确定目标位置。所述信号最好包括发射机所独有的调制或编码部分；以及所述信号部分因为所述信号部分而与所述或各特定发射机相关。所述信号可以是移动电话传输、数字音频广播、数字电视传输、数字无线电传输或数字卫星传输信号。

Description

利用机会发射机确定目标位置的方法
利用雷达来检测移动物体的位置是众所周知的。人们还建议利用所谓的“机会发送(transmission of opportunity)”来检测目标的位置，其中，接收机检测发射机始发的、由目标反射的传输信号。但是，在这种***中，还必须提供接收机到发射机的直接视线(directline of sight)(或者必须提供电缆连接)，以便在接收机中提供一种参考，这种参考然后可用于与通过反射从目标到达的延迟信号相关。
在某些电信***中，发射机使用预先存储的代码作为它们的调制协议的一部分。本发明者认定，在对来自接收机和来自目标的信号进行相关以便提供协助目标定位的定时信息时将这些代码用作相关器模板是有利的。这实现了一种无需在接收机的直接视线范围内就可检测目标位置信息的方法。
本发明包括一种在预先存储的代码作为部分通信协议用于传输的通信***中确定目标位置的方法，所述方法包括下列步骤：提供发射机以向目标发送信号，提供多个彼此通信的接收机以接收从所述目标反射的信号，这些接收机是时间或相位同步的；通过在各接收机中使所述接收到的信号与预先存储的代码连续相关而在该接收机上确定反射信号的所述代码的到达时间信息；利用与各接收机的位置相关的信息以及所获得的信息来确定目标位置。
本发明还包括一种在预先存储的代码作为部分通信协议用于传输的通信***中确定目标位置的方法，所述方法包括下列步骤：
提供多个发射机以分别向目标发送信号，所述发射机是时间或相位同步的；提供接收机以接收从所述目标反射的信号，其中，所述信号是在所述接收机已知的预定时间发出的；在各接收机中使所述接收到的信号与预先存储的代码相关，以识别特定信号的发射机；接收机通过将各发射机的各反射信号的预先存储的代码的到达时间从发送预先存储的代码的已知时间中减去而在接收信号的过程中确定时延；利用接收机已知的、与各发射机的位置相关的信息以及所获得的定时信息来确定目标位置。
许多当代通信***中的发射机使用预先存储的代码作为其部分调制协议(例如，为了信道均衡或信号识别)。本发明以若干方式利用这些预先存储的代码来检测目标位置，其中，来自发射机的信号被目标反射到接收机。在接收机上通过相关来检测代码允许接收机检测何时接收到嵌入的代码。此信息连同其他信息(如发射机或接收机位置)使得能够确定目标位置。一个主要实施例利用发送代码的已知时间信息来提供有用的定时信息；这是因为一些代码是在预定时间从发射机发出的，接收机也知道这些时间。
在一些***中，这些代码还包括特定发射机的独有标识，接收机可以查看该位置信息；即包含在信号中的基站标识也可以用于协助理清楚每次传输是从哪里来的。这消除了任何与来自不同基站而又包含造成相关的相同信息的不同信号有关的识别问题。在已知的电信***中，众所周知所述代码包括发射机独有的调制或编码部分。
示例1
在此示例中，有一个发射机和若干接收机。例如用于移动通信中的发射机。所发送的信号包括一个或多个用于协议中的代码。信号经发送，将从某个目标如飞机反射到多个接收机。具有预先存储的代码的各接收机连续将此代码与接收到的信号相关。当相关值出现峰值时，各接收机i就把该时间T(i)记下来。然后将这些时间发送到可能位于这些接收机之一中的处理器上。该处理器用接收到代码的这些时间和有关接收机位置的已知信息来计算目标的位置。要注意，这种***依赖于协议标准内针对传输类型而定义的代码信号部分，这些信号部分是明确定义的，不会发生改变。而且，值得注意的是，不必知道信号发送和接收时间之间的绝对时间，仅仅各接收机上接收到反射信号的(相对)时间才是重要的。
换言之，相关峰值出现的位置将指示相对于参考模板接收到该信号的时间。这在采用到达时间差技术特别有用，因为在此情况下传输发送的绝对时间是不相关的，正是到达不同接收机位置的信号(从相同位置发送)之间的相对时间揭示了目标位置。本专业的技术人员会明白如何将所得数据用于确定目标位置，如采用三角测量法。
因为已知所述代码在所设计的波形内。现在就不必通过到发射机的直接链路记录这些代码。这些代码是预先规定的，因此可以预先编程写入每个接收机中，从而允许不顾特定传输信号的数据内容而进行互相关处理。接收机需要是同步的。
示例2
在此示例中，有多个发射机和一个接收机。这些发射机是同步的。各发射机会发送由接收机接收的信号。接收机还会将输入信号与预先存储的代码相关，并记下各发射机接收到预先存储的代码的时间。但是，在此情况下，发射信号和接收到的目标的反射信号之间的绝对时间是确定的。此方法利用了如下事实：用于协议中的嵌入代码在传输信号中是固定的(在已知位置)而且发射机在预定时间(接收机也知道)进行发送。因此，如果发射机的时钟与接收机的时钟同步，则对每个发射机信号，接收机可以容易地确定发送的信号和接收的信号(通过目标反射的)之间的绝对时间差。利用已知的有关发射机位置的数据，接收机就可以确定目标位置。
在例如现代第三代蜂窝电话***中，使用完全时间同步的网络，以致每个基站在进行发射时具有预先确定的一系列时隙和频隙。然后，如果接收机同步于蜂窝网络，则它们知道哪一个基站已在同步方案精度1或2秒内发送到。现在当相关处理确定了从目标反射的传输信号的到达时间(以与前述一样的方式)时，它就减去已知的传输时间以得到反射信号的飞行时间。此飞行时间信息将目标置于一条轨迹上，这条轨迹连接所有其中目标范围相对于发射机和接收机位置为常数的位置。为了求解目标在此轨迹上的位置，需要第二条具有不同发射机位置的轨迹。现在这些轨迹的交集就确定了目标位置。显然，在接收到来自多个发射机的信号反射的情况下，目标位置的估计就变得更为精确。
在这两个示例的优选具体实施方式中，来自各发射机的信号最好具有独有的标识数据，以便接收机可以区分这些反射信号来自哪些发射机。这减少了所需的参数数量，如计算位置所需要输入的接收机和/或发射机数量。此外，如果接收机已预先存储识别了的发射机的几何位置，即发射机的相对位置是已知的，则可以更容易地确定目标位置。
当然，本专业的技术人员清楚，存在许多属于本发明范围的不同的排列组合。
在某些情况下，发射机可能有必要连续发出信号，以便接收机区分连续信号，从而它们可以对相同信号，即相同时间发出的信号进行评估。
自然，所述***可以包括多个接收机和多个发射机。尽管这种混合***的计算将更为复杂，但有经验的数学家将清楚如何利用fdata。
此外，本发明者认定，当前的移动电信网非常适合实现以上方法。因为移动电话传输中使用上述预先存储的代码，故所述***很适于使用标准的移动电话传输。例如，在移动电话调制协议中，包括了有利于确定目标位置的独特的基站标识数据和所谓的“训练序列”。GSM网络通常以200千赫兹信道工作。26位长的训练代码(亦称为中置码)在每个数据包中，即每隔660微秒出现。正是这些代码被用作每个接收机中的相关器参考。
在本发明的一个示例中，采用标准电话接收机，对送到A/D转换器的、占据200千赫兹带宽的接收信号解调并将数据包分成其训练序列和基站ID序列。向前馈送训练序列以便与预先存储的训练序列相关，从而确定传输的到达时间。如果特定实现方案需要的话，就对基站标识进行解码，从而可以确定基站位置(例如通过预先测量的信息)。

Claims (8)

1.一种在预先存储的代码作为部分通信协议用于传输的通信***中确定目标位置的方法，所述方法包括下列步骤：
a)提供发射机，用于向所述目标发送信号，
b)提供多个彼此通信的接收机，用于接收从所述目标反射的信号，所述接收机是时间或相位同步的；
c)通过在各接收机中使所述接收到的信号与所述预先存储的代码连续相关而在所述接收机上确定反射信号的所述代码的到达时间信息；
d)利用与各接收机的位置相关的信息以及从步骤c)获得的所述信息来确定所述目标位置。
2.在预先存储的代码作为部分通信协议用于传输的通信***中确定目标位置的方法，所述方法包括下列步骤：
a)提供多个发射机，用于分别向所述目标发送信号，所述发射机是时间或相位同步的；
b)提供接收机，用于接收从所述目标反射的信号，其中，所述信号是在所述接收机已知的预定时间发出的；
c)在各接收机中使所述接收到的信号与所述预先存储的代码相关，以识别特定信号的发射机；
d)所述接收机通过将各发射机的各反射信号的预先存储的代码的到达时间从发送所述预先存储的代码的已知时间中减去而在接收所述信号的过程中确定时延；
d)利用所述接收机已知的、与各发射机的位置相关的信息以及从步骤c)获得的所述定时信息来确定所述目标位置。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所发送的信号包括所述发射机独有的调制或编码部分，此调制或编码部分由步骤(d)用于识别所述发射机及其位置。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所有所述接收机都向中央单元传送所述到达时间信息和接收机标识。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述中央单元是所述接收机之一。
6.在具有多个发射机和多个接收机的通信***中，利用通过如权利要求1和权利要求2所述的方法获得的组合信息来确定目标位置。
7.一种如权利要求所述的方法，其特征在于，所述信号是移动电话传输、数字音频广播、数字电视传输、数字无线电传输或数字卫星传输信号。
8.一种如任一前述权利要求所述的方法，其特征在于，所述信号包括发送之前为所述接收机已知的数据的中置码或其中一部分或任何独有序列。
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